El Gran Topógrafo Infrarrojo Óptico Ultravioleta , comúnmente conocido como LUVOIR ( / l uː ˈ v w ɑːr / ), es un concepto de telescopio espacial de múltiples longitudes de onda desarrollado por la NASA bajo el liderazgo de un Equipo de Definición de Ciencia y Tecnología . Es uno de los cuatro grandes conceptos de misión espacial astrofísica estudiados en preparación para el Estudio Decenal de Astronomía y Astrofísica 2020 de la Academia Nacional de Ciencias . [2] [3]
Si bien LUVOIR es un concepto para un observatorio de propósito general, tiene el objetivo científico clave de caracterizar una amplia gama de exoplanetas , incluidos aquellos que podrían ser habitables . Un objetivo adicional es permitir una amplia gama de astrofísica , desde la época de reionización , pasando por la formación y evolución de galaxias, hasta la formación de estrellas y planetas . También serían posibles observaciones potentes de imágenes y espectroscopia de los cuerpos del Sistema Solar .
LUVOIR sería una gran misión científica estratégica y se consideró su inicio de desarrollo en algún momento de la década de 2020. El equipo de estudio LUVOIR, dirigido por el científico del estudio Aki Roberge , ha producido diseños para dos variantes de LUVOIR: una con un espejo telescópico de 15,1 m de diámetro ( LUVOIR-A ) y otra con un espejo de 8 m de diámetro ( LUVOIR-B ). [4] LUVOIR podría observar longitudes de onda de luz ultravioleta , visible e infrarroja cercana . El Informe final sobre el estudio conceptual de la misión LUVOIR de 5 años se publicó públicamente el 26 de agosto de 2019. [5]
El 4 de noviembre de 2021, el Estudio Decenal de Astrofísica de 2020 recomendó el desarrollo de un "gran telescopio espacial infrarrojo/óptico/ultravioleta (IR/O/UV) (apertura de ~6 m)", con el objetivo científico de buscar firmas de vida en planetas. fuera del sistema solar y permitiendo una amplia gama de astrofísica transformadora. Esta misión se basa en los conceptos de misión LUVOIR y HabEx . [6] [7] [8]
En 2016, la NASA comenzó a considerar cuatro conceptos diferentes de telescopios espaciales para futuras grandes misiones científicas estratégicas. [9] Son la Misión de Imágenes de Exoplanetas Habitables (HabEx), el Gran Topógrafo Infrarrojo Óptico Ultravioleta (LUVOIR), el Observatorio de Rayos X Lynx (lynx) y el Telescopio Espacial Origins (OST). En 2019, los cuatro equipos entregaron sus informes finales a la Academia Nacional de Ciencias , cuyo comité de estudio independiente Decadal asesora a la NASA sobre qué misión debería tener máxima prioridad. Si se financia, LUVOIR se lanzaría aproximadamente en 2039 utilizando un vehículo de lanzamiento pesado y se colocaría en una órbita alrededor del punto de Lagrange Sol-Tierra 2 . [5]
Los principales objetivos de LUVOIR son investigar exoplanetas , orígenes cósmicos y el Sistema Solar . [4] LUVOIR podría analizar la estructura y composición de las atmósferas y superficies de exoplanetas. También podría detectar biofirmas que surjan de vida en la atmósfera de un exoplaneta distante. [10] Las biofirmas atmosféricas de interés incluyen CO
2, CO , oxígeno molecular ( O
2), ozono ( O
3), agua ( H
2O ) y metano ( CH
4). La capacidad de múltiples longitudes de onda de LUVOIR también proporcionaría información clave para ayudar a comprender cómo la radiación UV de una estrella anfitriona regula la fotoquímica atmosférica en los planetas habitables . LUVOIR también observará una gran cantidad de exoplanetas que abarcan una amplia gama de características (masa, tipo de estrella anfitriona, edad, etc.), con el objetivo de ubicar el Sistema Solar en un contexto más amplio de sistemas planetarios. Durante su misión principal de cinco años, se espera que LUVOIR-A identifique y estudie 54 exoplanetas potencialmente habitables , mientras que se espera que LUVOIR-B identifique 28. [1]
El alcance de las investigaciones astrofísicas incluye exploraciones de la estructura cósmica en los confines del espacio y el tiempo, la formación y evolución de galaxias y el nacimiento de estrellas y sistemas planetarios .
En el área de estudios del Sistema Solar , LUVOIR puede proporcionar una resolución de imágenes de hasta unos 25 km en luz visible en Júpiter, lo que permite un seguimiento detallado de la dinámica atmosférica en Júpiter , Saturno , Urano y Neptuno en escalas de tiempo largas. Las imágenes sensibles y de alta resolución y la espectroscopía de cometas , asteroides , lunas y objetos del Cinturón de Kuiper que no serán visitados por naves espaciales en el futuro previsible pueden proporcionar información vital sobre los procesos que formaron el Sistema Solar hace siglos. Además, LUVOIR tiene un papel importante que desempeñar al estudiar las columnas de las lunas oceánicas del Sistema Solar exterior, en particular Europa y Encelado , durante largas escalas de tiempo.
LUVOIR estaría equipado con un instrumento coronógrafo interno, llamado ECLIPS (Extreme Coronagraph for LIving Planetary Systems), para permitir observaciones directas de exoplanetas similares a la Tierra. Una cortina estelar externa también es una opción para el diseño LUVOIR más pequeño (LUVOIR-B).
Otros instrumentos científicos candidatos estudiados son: High-Definition Imager (HDI), una cámara de amplio campo ultravioleta cercano, óptica e infrarroja cercana ; LUMOS , un espectrógrafo ultravioleta multiobjeto LUVOIR ; y POLLUX, un espectropolarímetro ultravioleta . POLLUX ( espectropolarímetro UV de alta resolución ) está siendo estudiado por un consorcio europeo, con el liderazgo y el apoyo del CNES de Francia.
El observatorio puede observar longitudes de onda de luz desde el ultravioleta lejano hasta el infrarrojo cercano . Para permitir la estabilidad extrema del frente de onda necesaria para las observaciones coronagráficas de exoplanetas similares a la Tierra, [11] el diseño LUVOIR incorpora tres principios. En primer lugar, se minimizan las vibraciones y perturbaciones mecánicas en todo el observatorio. En segundo lugar, tanto el telescopio como el coronógrafo incorporan varias capas de control del frente de onda a través de óptica activa. En tercer lugar, el telescopio se calienta activamente a una temperatura precisa de 270 K (-3 °C; 26 °F) para controlar las perturbaciones térmicas. El plan de desarrollo de tecnología LUVOIR cuenta con fondos del programa de Estudios de Concepto de Misión Estratégica de Astrofísica de la NASA , el Centro de Vuelo Espacial Goddard , el Centro de Vuelo Espacial Marshall , el Laboratorio de Propulsión a Chorro y programas relacionados en Northrop Grumman Aerospace Systems y Ball Aerospace .
LUVOIR-A, anteriormente conocido como Telescopio Espacial de Alta Definición ( HDST ), fue propuesto por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA) el 6 de julio de 2015. [12] Estaría compuesto por 36 segmentos de espejo con una apertura de 15,1 metros (50 pies) de diámetro, ofreciendo imágenes hasta 24 veces más nítidas que el Telescopio Espacial Hubble . [13] LUVOIR-A sería lo suficientemente grande como para encontrar y estudiar las docenas de planetas similares a la Tierra en nuestro vecindario cercano . Podría resolver objetos como el núcleo de una pequeña galaxia o una nube de gas en camino de colapsar en una estrella y planetas . [12]
La defensa del HDST se presentó en un informe titulado "From Cosmic Birth to Living Earths", sobre el futuro de la astronomía encargado por AURA, que gestiona el Hubble y otros observatorios en nombre de la NASA y la National Science Foundation . [14] Las ideas para la propuesta HDST original incluían un coronógrafo interno , un disco que bloquea la luz de la estrella central, haciendo que un planeta oscuro sea más visible, y una sombra estelar que flotaría kilómetros frente a él para realizar la misma función. [15] LUVOIR-A se pliega por lo que solo necesita un carenado de carga útil de 8 metros de ancho. [5] Las estimaciones de costos iniciales son de aproximadamente 10 mil millones de dólares, [15] con estimaciones de costos de por vida de entre 18 mil millones y 24 mil millones de dólares. [1]
LUVOIR-B, anteriormente conocido como Telescopio Espacial de Gran Apertura de Tecnología Avanzada ( ATLAST ), [16] [17] [18] [19] es una arquitectura de 8 metros desarrollada inicialmente por el Instituto Científico del Telescopio Espacial , [20] la ciencia Centro de operaciones del Telescopio Espacial Hubble (HST) y el Telescopio Espacial James Webb (JWST). Si bien es más pequeño que LUVOIR-A, está diseñado para producir una resolución angular entre 5 y 10 veces mejor que el JWST y un límite de sensibilidad hasta 2000 veces mejor que el HST. [16] [17] [20] El equipo de estudio LUVOIR espera que el telescopio pueda recibir mantenimiento, similar al HST, ya sea por una nave espacial sin tripulación o por astronautas a través de Orion o Starship . Instrumentos como las cámaras podrían potencialmente reemplazarse y devolverse a la Tierra para analizar sus componentes y futuras actualizaciones. [19]
El backronym original utilizado para el concepto de misión inicial, "ATLAST", era un juego de palabras que se refería al tiempo necesario para decidir sobre un sucesor para HST. El propio ATLAST tenía tres arquitecturas propuestas diferentes: un telescopio de espejo monolítico de 8 metros (26 pies), un telescopio de espejo segmentado de 16,8 metros (55 pies) y un telescopio de espejo segmentado de 9,2 metros (30 pies). La arquitectura LUVOIR-B actual adopta la herencia de diseño JWST, siendo esencialmente una variante incrementalmente más grande del JWST, que tiene un espejo principal segmentado de 6,5 m. Funcionando con energía solar , utilizaría un coronógrafo interno o un ocultista externo que puede caracterizar la atmósfera y la superficie de un exoplaneta del tamaño de la Tierra en la zona habitable de estrellas de larga vida a distancias de hasta 140 años luz (43 pc). incluyendo su tasa de rotación, clima y habitabilidad. El telescopio también permitiría a los investigadores obtener información sobre la naturaleza de las características dominantes de la superficie, los cambios en la nubosidad y el clima y, potencialmente, las variaciones estacionales en la vegetación de la superficie. [21] LUVOIR-B fue diseñado para lanzarse en un cohete de carga pesada con un carenado de lanzamiento estándar de la industria de 5 metros (16 pies) de diámetro. Las estimaciones del coste de vida oscilan entre 12.000 y 18.000 millones de dólares. [1]
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